Point Defects in GaAs Studied by Correlated Positron Lifetime, Optical, and Electrical Measurements. II. Point Defects in GaAs Irradiated with Fast Neutrons

Positron lifetime technique is used in combination with infrared absorption, photoluminescence, and photoreflexion measurements to investigate defects created by irradiation of GaAs with fast neutrons. The integrated fluence Φ of fast neutrons ranged from 5 × 1014 to 3.8 × 1019 n°/cm2. From the dependence of the absorption coefficient α on Φ the geometrical size of the displacement cascades is estimated to r = 5 nm. The behaviour of the carrier concentration n estimated from photoreflexion experiments provides r = 20 nm. This value is characteristic of the insulating region surrounding the cascade. Almost the same value is found to be typical of the luminescence killer region and of positron trapping. Evidence of positron trapping by vacancy-type irradiation defects is given. The defects are discussed as negatively charged Ga vacancies the characteristic positron lifetime of which is estimated to τvGa = 260 to 270 ps. The vacancies disappear in an annealing stage at 500 °C. The stage is interpreted as a long-range migration of point defects resulting in a dissolution of the displacement cascades. A substage at 200 °C observed in photoluminescence experiments is discussed as recombination of vacancy-interstitial close pairs in the As sublattice which are situated outside of displacement cascades. Die Positronenlebensdauertechnik wird in Kombination mit Infrarotabsorption-, Photolumineszenz- und Photoreflexionsmessungen benutzt, um Defekte, welche durch Bestrahlung von GaAs mit schnellen Neutronen erzeugt werden, zu untersuchen. Der integrale Flus schneller Neutronen Φ liegt im Bereich von 5 × 1014 bis 3,8 × 1019 n°/cm2. Aus der Abhangigkeit des Absorptionskoeffizienten α von Φ wird die geometrische Grose der Verlagerungskaskaden zu r = 5 nm bestimmt. Der Verlauf der Ladungstragerkonzentration n, der aus Photoreflexionsexperimenten ermittelt wird, liefert r = 20 nm. Diese Grose ist charakteristisch fur das isolierende Gebiet, das die Kaskade umgibt. Nahezu die gleiche Grose wird fur das Lumineszenzloschungsgebiet und fur den Positroneneinfang gefunden. Der Positroneneinfang durch leerstellenartige Bestrahlungsdefekte wird beweiskraftig nachgewiesen. Die Defekte werden als negativ geladene Ga-Leerstellen diskutiert, deren charakteristische Positronenlebensdauer zu τVGa = 260 bis 270 ps ermittelt wird. Die Leerstellen verschwinden in einer Ausheilstufe bei 500 °C. Diese Stufe wird als langreichweitige Wanderung von Punktdefekten interpretiert, welche zu einer Auflosung der Verlagerungskaskaden fuhrt. Eine Unterstufe bei 200 °C, welche in Photolumineszenzexperimenten auftritt, wird als Rekombination naher Leerstellen-Zwischengitteratom-Paare im As-Untergitter diskutiert. Die Frenkel-Paare befinden sich auserhalb der Verlagerungskaskaden.